CN210862924U - 一种红外测温装置及使用有该红外测温装置的燃气灶 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种红外测温装置及使用有该红外测温装置的燃气灶，其中红外测温装置包括红外测温传感器，其特征在于：还包括壳体(2)，所述红外测温传感器(1)安装在壳体(2)内；壳体内还设有锅具发射率测量模块，该锅具发射率测量模块包括红外LED发射管(3)，与红外LED发射管(3)配对设置的第一红外LED接收管(4)和第二红外LED接收管(5)，以及反射率计算模块(6)；红外LED发射管(3)的镜头和第一红外LED接收管(4)的镜头安装方向与水平面之间具有夹角α，18°＜α＜23°；第二红外LED接收管(5)的镜头安装方向与水平面之间保持平行。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：能准确测量表面为漫反射和镜面反射的锅具发射率。

Description

一种红外测温装置及使用有该红外测温装置的燃气灶

技术领域

本实用新型涉及一种红外测温装置及使用有该红外测温装置的燃气灶。

背景技术

随着人民生活水平的提高，家用燃气灶具已在我国逐渐普及。家用燃气灶具的过度燃烧将对被加热锅具和食物产生损坏，并可能引起火灾，是危害厨房安全的重大隐患。

随着用户对烹饪体验、智能化控制以及烹饪安全的要求越来越高，如何精准测量锅具内食物的温度，进一步实现防止食物干烧，实现智能化菜谱的智能提醒功能是现在的一个重要研究方向。

现有的燃气灶锅具内食物测温方式主要有：锅底NTC测温，锅底的红外测温，探针形式的测温等。

锅底NTC测温，需要改变燃烧器的结构，需要内环开孔，这容易导致锅底温度不均匀；内环高温烟气及火焰的干扰也会影响测温精度；并且锅具适应性差，如底部内凹锅，陶瓷锅会影响测温精度；锅底红外测温仍需与锅底接触，同样需要改变燃烧器的结构，需要燃烧器内环开孔，并且镜头易受油污影响，长期实用容易导致测温结果不准确，并且锅底的高温烟气及火焰也容易影响测温精度。

为了提高测量精度及消除高温烟气及火焰影响，现有的红外测温装置中采用“发射测量法”测得锅具的反射率，再求锅具的发射率，此种方法具有价格低、响应快等优点，但对于一些特殊的锅具无法准确识别其发射率。

常用的家用金属锅具，按照其表面反射辐射的方向特性不同，可以分为镜面反射锅具和漫反射锅具，大多数的锅具表面是漫反射的，如生铁锅、铝锅、精铁锅、陶瓷锅以及表面有涂层的复合底锅，镜面反射锅具主要为表面十分光亮的不锈钢锅具。使用“发射测量法”测量锅具发射率对于漫反射锅具没有问题，因为红外LED发射管发射到锅底的红外辐射都能够被LED接收管接收，而对于镜面发射锅具来说，由于锅具表面镜面反射的特性，红外LED发射管发射的红外辐射接收到的950nm波段的红外辐射非常少，按正常的判定程序，就会判断这个锅具的反射率很低，从而得出其发射率很高的错误结果(通常不锈钢锅具的发射率低于0.3)。

实用新型内容

本实用新型所要解决的首要技术问题是针对上述现有技术提供一种能准确测量表面为漫反射和镜面反射的锅具发射率的红外测温装置。

本实用新型进一步所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种使用上述红外测温装置的燃气灶。

本实用新型解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：一种红外测温装置，包括用于测量温度的红外测温传感器，其特征在于：还包括壳体，所述红外测温传感器安装在壳体内；所述壳体内还设有锅具发射率测量模块，该锅具发射率测量模块包括红外 LED发射管，与红外LED发射管配对设置的第一红外LED接收管和第二红外LED接收管，以及与红外LED发射管、第一红外LED接收管和第二红外LED接收管电连接的反射率计算模块；所述壳体上设有用于安装红外LED发射管的第一安装孔，和用于安装第一红外LED接收管的第二安装孔，以及用于安装第二红外LED接收管的第三安装孔；第二安装孔设置在第一安装孔的正下方，第三安装孔设置在第一安装孔的斜下方；所述红外LED发射管的镜头和第一红外LED接收管的镜头安装方向与水平面之间具有夹角α，18°＜α＜23°；第二红外LED接收管的镜头安装方向与水平面之间保持平行。

作为改进，所述第一安装孔内设有内壁呈抛物面的第一反光杯，红外LED发射管位于第一反光杯内壁抛物面的焦点处；所述第二安装孔内设有内壁呈抛物面的第二反光杯，第一红外LED接收管位于第二反光杯内壁抛物面的焦点处；所述第三安装孔内设有内壁呈抛物面的第三反光杯，第二红外LED接收管位于第三反光杯内壁抛物面的焦点处。

再改进，所述第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔的中心点连线组成等边三角形。

再改进，所述第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔的外表面设有防污玻璃。

再改进，所述壳体侧表面开有透射孔，透射孔与第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔设置在同一侧边上；透射孔内设有能透射红外光的防污片，壳体内设有与透射孔连通的检测通道，红外测温传感器设置在检测通道内；检测通道笔直且与水平面之间具有夹角α，18°＜α＜23°；检测通道内还设有位于红外测温传感器前方的用于提高红外测温传感器测量距离的准直镜。

再改进，所述检测通道内壁设有黑色涂层。

再改进，所述红外测温传感器与准直镜之间具有10m～15mm的间隙。

再改进，所述壳体呈长方体或正方体，且壳体的顶部四周设有防污檐。

本实用新型解决上述进一步技术问题所采用的技术方案为：一种使用有上述结构的的红外测温装置的燃气灶，包括左燃烧器和右燃烧器，其特征在于：所述红外测温装置整体设置在左燃烧器和右燃烧器中心线靠后方，且距离左燃烧器或右燃烧器 250mm～300mm处；红外测温传感器的测量方向和发射率测量模块的测量方向对准左燃烧器方向或右燃烧器方向。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：能准确测量表面为漫反射和镜面反射的锅具发射率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中红外测温装置的立体结构示意图。

图2为图1中A-A向剖视图。

图3为图1中B-B向剖视图。

图4为图1中C-C向剖视图。

图5为本实用新型实施例中燃气灶结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1、2所示的红外测温装置，包括大致呈正方体形状的壳体2，壳体2的顶部四周设有防污檐25，壳体2内设有用于测量温度的红外测温传感器1，壳体的一个侧面开有透射孔，透射孔内设有能透射红外光的防污片21，壳体2内设有与透射孔连通的检测通道22，红外测温传感器1设置在检测通道22内部，检测通道22笔直且与水平面之间具有夹角α，18°＜α＜23°；检测通道22内还设有位于红外测温传感器1前方的用于提高红外测温传感器1测量距离的准直镜23。

本实施例中，准直镜23采用在5-10um波段具有较高透射率(此波段能较好避开最高火焰辐射)、且成本较低的高密度聚乙烯制成的菲涅尔透镜，准直镜23的作用能使红外测温传感器1具有远距离测量能力，且能够减少大部分的火焰辐射干扰，从而保障红外测温传感器1能够在火焰干扰条件下仍具有稳定的测量结果和较为准确的测试精度。

红外测温传感器1采用B型传感器，所述红外测温传感器1与准直镜23之间具有12mm的间隙，可以很好的减小视场角，另外检测通道22的内壁设有黑色涂层24，可以防止检测通道22自身的反射辐射干扰，影响红外测温传感器1的测温精度。

另外，壳体2内还设有锅具发射率测量模块，该锅具发射率测量模块包括配对设置的红外LED发射管3，与红外LED发射管3配对设置的第一红外LED接收管4和第二红外LED接收管5，以及与红外LED发射管3、第一红外LED接收管4和第二红外LED 接收管5电连接的反射率计算模块6，反射率计算模块6的计算原理和计算方法为常规技术。所述壳体2上设有用于安装红外LED发射管3的第一安装孔，和用于安装第一红外LED接收管4的第二安装孔，以及用于安装第二红外LED接收管5的第三安装孔；第二安装孔设置在第一安装孔的正下方，第三安装孔设置在第一安装孔的斜下方；所述红外LED发射管3的镜头和第一红外LED接收管4的镜头安装方向与水平面之间具有夹角α，18°＜α＜23°，所述第一安装孔内设有内壁呈抛物面的第一反光杯31，红外 LED发射管3位于第一反光杯31内壁抛物面的焦点处；所述第二安装孔内设有内壁呈抛物面的第二反光杯41，第一红外LED接收管4位于第二反光杯41内壁抛物面的焦点处；参见图3所示；第二红外LED接收管5的镜头安装方向与水平面之间保持平行，参见图4所示；所述第三安装孔内设有内壁呈抛物面的第三反光杯51，第二红外LED接收管5位于第三反光杯51内壁抛物面的焦点处。

第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔的中心点连线组成等边三角形，且与透射孔处于同一个平面，第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔的外表面设有防污玻璃9。

在实际的测试过程中，由于主要金属锅具(如黑锅)表面的发射辐射方向特性为漫反射，若选取的红外LED发射管的功率较小，发射光较为分散，很难区分出发射率高的黑锅和灶台上未放锅的两种情况(接收的辐射能量太少)。本实用新型中，将红外LED 发射管3和第一红外LED接收管4分别置于第一反光杯和第二反光杯的抛物面焦点处，能够增强发射的准直性和接收器的接收面积，从而有效解决辐射能量不足的问题，很好地测得锅具的发射率。对于镜面发射锅具来说，由于锅具表面镜面反射的特性，第一红外LED接收管4收到红外LED发射管发射的红外辐射非常少，而第二红外LED接收管5则能正常接收到红外LED发射管发射经镜面反射的锅具反射回来的红外辐射。此处，可以根据第一红外LED接收管4接收到的能量用来判定不同锅具的发射率，同时将第一红外LED接收管4和第二红外LED接收管测得的结果进行比较，若两者相差不大，则判定为普通漫反射锅具，根据其能量数值查表得出发射率；若两者相差较大，则判定为镜面反射锅具，此时需要将两个接收管所接收的能量相加来进行判断，从而保证了此类锅具发射率的准确测量。

另外，壳体内还包括与红外测温传感器及反射率计算模块7连接的温度计算模块，温度计算模块根据红外测温传感器收到的辐射能量P(T)，以及反射率计算模块7计算到的锅体的反应率β，计算出锅体的发射率ε＝1-β，然后根据P(T)＝εσT⁴，计算出被测锅体底部的实时绝对温度，其中T为被测锅体外壁的绝对温度，σ为斯特藩—玻耳兹曼常量。

本实施例提供的红外测温装置不受安装位置的限制，不需要在燃烧器内环位置开孔，不需要避开燃烧器火孔以规避火焰辐射的干扰，对初始的燃烧器结构完全没有影响；并且能够非常准确测到镜面反射和漫反射锅具的发射率，从而提高测温精度。

如图5所示，将本实用新型提供的红外测温装置直接置于燃气灶10上，而在红外测温装置的设置位置和角度的选择方面，需要采取措施防止锅内的液体溅出，堵塞或污染损坏传感器。特别是当红外测温装置布置位置距离锅具较近时，要防止锅内物质堵塞传感器的观察口。本实用新型选用的B类传感器使用温度范围为-40℃～85℃。而在使用燃气灶时，燃气火焰和锅具的持续辐射可能使传感器所处的环境温度超过上述温度范围。如果选择距离较近的位置安装红外测温装置，则可能由于红外测温传感器1周围的温度超过其规定使用的温度而造成损坏，此外，距离越近，红外测温传感器1的测量倾斜的角度也越大，传感器观测孔更容易被锅内溢出的液体等污染。考虑传感器温升和用户使用场景，综合考虑传感器温升和用户使用场景，本实用新型实施例中的红外测温装置整体设置在左燃烧器101和右燃烧器102中心线靠后方，且距离左燃烧器或右燃烧器 250mm～300mm处；透射孔对准左燃烧器方向或右燃烧器方向，这样红外测温传感器1 的测量点会落在设置于燃烧器上方锅具103底部以上的锅壁上，且锅具发射率测量模块也能较好测到锅具的反射率。

Claims (9)

1.一种红外测温装置，包括用于测量温度的红外测温传感器(1)，其特征在于：还包括壳体(2)，所述红外测温传感器(1)安装在壳体(2)内；所述壳体内还设有锅具发射率测量模块，该锅具发射率测量模块包括红外LED发射管(3)，与红外LED发射管(3)配对设置的第一红外LED接收管(4)和第二红外LED接收管(5)，以及与红外LED发射管(3)、第一红外LED接收管(4)和第二红外LED接收管(5)电连接的反射率计算模块(6)；所述壳体(2)上设有用于安装红外LED发射管(3)的第一安装孔，和用于安装第一红外LED接收管(4)的第二安装孔，以及用于安装第二红外LED接收管(5)的第三安装孔；第二安装孔设置在第一安装孔的正下方，第三安装孔设置在第一安装孔的斜下方；所述红外LED发射管(3)的镜头和第一红外LED接收管(4)的镜头安装方向与水平面之间具有夹角α，18°＜α＜23°；第二红外LED接收管(5)的镜头安装方向与水平面之间保持平行。

2.根据权利要求1所述的红外测温装置，其特征在于：所述第一安装孔内设有内壁呈抛物面的第一反光杯(31)，红外LED发射管(3)位于第一反光杯(31)内壁抛物面的焦点处；所述第二安装孔内设有内壁呈抛物面的第二反光杯(41)，第一红外LED接收管(4)位于第二反光杯(41)内壁抛物面的焦点处；所述第三安装孔内设有内壁呈抛物面的第三反光杯(51)，第二红外LED接收管(5)位于第三反光杯(51)内壁抛物面的焦点处。

3.根据权利要求1所述的红外测温装置，其特征在于：所述第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔的中心点连线组成等边三角形。

4.根据权利要求3所述的红外测温装置，其特征在于：所述第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔的外表面设有防污玻璃(9)。

5.根据权利要求1所述的红外测温装置，其特征在于：所述壳体(2)侧表面开有透射孔，透射孔与第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔设置在同一侧边上；透射孔内设有能透射红外光的防污片(21)，壳体(2)内设有与透射孔连通的检测通道(22)，红外测温传感器(1)设置在检测通道(22)内；检测通道(22)笔直且与水平面之间具有夹角α，18°＜α＜23°；检测通道(22)内还设有位于红外测温传感器(1)前方的用于提高红外测温传感器(1)测量距离的准直镜(23)。

6.根据权利要求5所述的红外测温装置，其特征在于：所述检测通道(22)内壁设有黑色涂层(24)。

7.根据权利要求5所述的红外测温装置，其特征在于：所述红外测温传感器(1)与准直镜(23)之间具有10m～15mm的间隙。

8.根据权利要求1～7中任意一项权利要求所述的红外测温装置，其特征在于：所述壳体(2)呈长方体或正方体，且壳体的顶部四周设有防污檐(25)。

9.一种使用如权利要求1～7中任意一项权利要求所述的红外测温装置的燃气灶，包括左燃烧器和右燃烧器，其特征在于：所述红外测温装置整体设置在左燃烧器和右燃烧器中心线靠后方，且距离左燃烧器或右燃烧器250mm～300mm处；红外测温传感器的测量方向和发射率测量模块的测量方向对准左燃烧器方向或右燃烧器方向。

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